3. INTRODUCCIÓN 27
3.5. RESISTENCIA A LA FRACTURA DE LOS MATERIALES 77
La resistencia a la fractura de los materiales en prótesis fija es otro factor importante que va a influir directamente en el éxito de una restauración. Es más, podemos considerar que el primer criterio para determinar el uso de un material restaurador, son sus propiedades mecánicas que deben ser adecuadas para soportar las fuerzas masticatorias y proteger la estructura dentaria remanente.306
La mayoría de los materiales dentales van a estar sometidos a grandes tensiones y cargas repetidas durante años.17 La fuerza máxima oclusal que pueden llegar a soportar varía ampliamente según la literatura. En general, la fuerza oclusal adulta media es de alrededor de 400 a 800 N en la región molar, de 300 N en premolares y de 200 N en la región anterior.13, 307-‐309 Sin embargo en algunos momentos de la masticación, así como en algunas parafunciones, estos valores pueden aumentar considerablemente, hasta llegar a alcanzar valores de hasta 1.000 N.310, 311
Por ello, es fundamental conocer las propiedades mecánicas de los mismos, que pueden ser definidas como el conjunto de comportamientos que exhiben los materiales sometidos a la acción de diferentes cargas, esfuerzos o fuerzas mecánicas, a las deformaciones producidas y a las repercusiones biológico-‐clínicas que pueden comportar en el ámbito bucal.17
En general, se define fuerza como aquel influjo o capacidad que al actuar sobre un cuerpo modifica el estado de reposo o de movimiento imprimiéndole una aceleración. Una fuerza queda definida por tres características: punto de aplicación, magnitud y dirección de la aplicación. La unidad de medida es el Newton.17
Cuando un material en reposo es sometido a la acción de una fuerza aparecerá una deformación o se romperá dependiendo de la intensidad de la misma. Antes de romperse se van a establecer diferentes grados de equilibrio entre la fuerza exterior y la interior del material. Por lo tanto, cada material tiene una fuerza interior específica o resistencia, que se opone a que el material se deforme o se rompa. Se denomina carga a la fuerza externa que actúa sobre el material, y tensión a la fuerza igual y en sentido contrario que se genera dentro del material y que se opone a la carga.17
En respuesta a la fuerza ejercida sobre el material se puede diferenciar una secuencia:17
• Deformación elástica: cuando el material es sometido a un esfuerzo se deforma, pero cuando deja de actuar la fuerza, el material recupera su dimensión original. Es una deformación reversible.
• Deformación plástica: Si la fuerza es mayor o continua, el material se deforma hasta un punto en que no recupera su forma original cuando la fuerza deja de actuar. Es una deformación irreversible.
• Resistencia final: Si la carga aumenta llega a un punto en el que se produce la fractura.
Los ensayos de resistencia mecánica de materiales y restauraciones a la fractura son ampliamente utilizados en la bibliografía dental y pueden ser realizados de varias formas, intentando simular el fracaso clínico para investigar las variables que se cree que influyen en el éxito de las prótesis fijas y para evaluar nuevos materiales o diseños. En general, estos ensayos son pruebas de laboratorio en donde las dimensiones de la probeta y las condiciones de carga están bien controladas. Además de registrar los valores de resistencia a la fractura, se pueden obtener datos adicionales al examinar los especímenes fracturados. El tipo y el mecanismo de fractura permiten comprender mejor cómo se ha llegado a originar, cómo es la distribución de la tensión y conocer el rendimiento esperado de las muestras analizadas en condiciones de carga intraorales.306, 312
Hay estudios con cargas o fuerzas de compresión (axiales o anguladas), de flexión en tres puntos o cuatro puntos, de deslizamiento, cizallamiento, tracción y torsión. Otra opción es utilizar el análisis de elementos finitos, el cual permite una representación matemática del comportamiento de materiales que de otra forma es difícil de observar.306, 313, 314
El ensayo normalmente más empleado en los estudios de resistencia de los materiales dentales es el ensayo de flexión por carga en tres puntos: se realiza sobre
probetas apoyadas en dos puntos, aplicando la carga sobre la superficie en un punto equidistante de los dos anteriores49, 298, 315-‐318 (Fig. 3.5). Se incluye dentro de los ensayos con carga estática.
Fig. 3.5. Esquema de ensayo por flexión en tres puntos.
Durante la flexión, la fuerza de tensión alcanza el máximo en una superficie, mientras que la fuerza de compresión alcanza el máximo en la superficie opuesta del material. En la zona cóncava se producen fenómenos de compresión mientras que en la zona convexa se aprecian fenómenos de tracción. Este fenómeno se puede observar en una prótesis parcial fija.17, 315, 316
Los resultados de estos ensayos se registran con las gráficas de “tensión-‐ deformación”. Son curvas en un sistema de coordenadas en el que en el eje de ordenadas se representa la tensión o carga, y en el de abscisas la deformación debida a la carga, por unidad de longitud (Fig. 3.6).
En la curva tensión-‐deformación, la parte recta representa la elasticidad y se llama “parte recta o tramo elástico”. En esta parte tiene lugar una deformación elástica del material directamente proporcional a la fuerza aplicada. A medida que va
aumentando la carga, en proporciones constantes, se obtiene una deformación también constante, hasta que se alcanza un punto en que dicha proporcionalidad se pierde. La ley de Hooke dice que las tensiones inducidas son proporcionales a las deformaciones producidas hasta determinado momento en cada material. La inclinación de la línea va a determinar la rigidez del material, de modo que cuanto más vertical es la línea, más rígido es el material. Así, la rigidez es la resistencia del material a su deformación.17
La inclinación de esta línea se llama módulo de elasticidad o módulo de Young, y es característica y constante para cada material. Cuanto mayor sea el módulo elástico, mayor será la rigidez del material.17
Fig. 3.6. Curva tensión-‐deformación-‐fractura.
Se conoce como límite proporcional o límite elástico (punto A) al final del tramo recto de la gráfica de tensión-‐deformación o la tensión máxima sin que se pierda la proporcionalidad entre tensión y deformación. Si la fuerza actúa más allá del límite proporcional, al retirarla no se vuelve al estado original, se habrá inducido una deformación permanente. Este fenómeno queda registrado en la gráfica en la “porción curva o tramo plástico”. A partir de ahí, podrá ocasionarse una deformación plástica o llegar a una grieta que inicie la fractura, que puede tener un mecanismo de propagación frágil o tenaz (tenacidad de rotura).17
La resistencia a la fractura puede ser medida considerando solo a la fuerza aplicada o teniendo en cuenta la superficie en que ésta es aplicada. En el primer caso, la unidad de medida más utilizada es el Newton (N). En el segundo caso, la unidad de medida será el Pascal (Pa) que representa la tensión que ejerce un newton por metro cuadrado de superficie. Como esta unidad es poco adecuada en odontología, se prefiere hablar de Megapascales. Un Megapascal (MPa) representa la tensión que ejerce un newton por milímetro cuadrado de superficie17 y va a permitir la comparación entre estudios ya que toma en consideración la superficie en que se ha aplicado la fuerza.
La fractura de un material es la separación de un cuerpo en dos o más partes. Se pueden distinguir distintos tipos de fractura:17
• Fractura frágil: existe poca propagación rápida de la grieta, sin ninguna o muy poca deformación plástica previa.
• Fractura dúctil o tenaz: la grieta se propaga despacio, tras una deformación plástica previa.
• Fractura por fatiga del material: ante la acción de fuerzas intermitentes de intensidad variable, se producen una o varias grietas que llevarán a la fractura del material.
El análisis de restauraciones fracturadas clínicamente puede realizarse recogiendo y examinando los fragmentos fracturados. Los test de laboratorio permiten un análisis fractográfico que puede reconocer el crack o grieta crítica de origen y sus dimensiones además de un cálculo aproximado del estrés de la fractura y del entorno donde se ha producido. La base principal que se utiliza en estos estudios depende de la capacidad de la grieta crítica para dejar puntos de referencia en la superficie fracturada que delimitan las diferentes fases del proceso de fractura, dando la posibilidad de calcular el estrés que ocasionó la fractura con gran precisión una vez que la tenacidad a fractura del material y el tamaño de la grieta crítica son conocidos.
Dicha herramienta analítica permite el análisis post-‐mortem de muestras fracturadas, que podría ser de gran valor para el análisis de las restauraciones fracturadas clínicamente.312, 319, 320
El objetivo de cualquier prueba de laboratorio es imitar lo más fielmente posible la situación clínica para la que la muestra ha sido diseñada pero muchas variables intraorales siguen siendo difíciles de reproducir in vitro. Varios factores van a influenciar la resistencia a la fractura de un material restaurador: la microestructura y propiedades del material, diseño, espesor y acabado de superficie de la restauración, el diseño de la preparación dentaria, estructura remanente y módulo de elasticidad, el agente cementante y su espesor, la técnica de fabricación, la dinámica de la masticación y la oclusión.307, 312, 321-‐325
Por lo tanto, las pruebas de laboratorio por sí mismas, sólo pueden ofrecer una predicción limitada acerca del rendimiento in vivo esperado de las restauraciones probadas, sin embargo, se han identificado varios factores para lograr que sean significativas y comparables con la situación clínica: -‐ zona de contacto de la aguja con el espécimen, -‐ montajes clínicamente relevantes como coronas cementadas sobre un sustrato definido y procedimientos de envejecimiento como la carga cíclica y la simulación de condiciones de humedad con termociclado.322 Es decir, las pruebas de laboratorio para la resistencia deberían incluir coronas estandarizadas que estén cementadas en un sustrato adecuado y sometidas a un proceso de envejecimiento previo.
La masticación, por ser una actividad repetida rítmicamente tiene carácter cíclico. Los ensayos con cargas cíclicas están dirigidos a la simulación de las condiciones de la masticación en la cavidad oral mediante la inducción de tensiones alternas.17, 326 En este sentido, se entiende por fatiga mecánica el fenómeno por el que un material se rompe tras haberse sometido a un ciclado, más o menos prolongado, de cargas siempre muy inferiores a la carga necesaria para producir su fractura, durante un ensayo de resistencia total.17 En general, cuanto mayor sea el número de ciclos, disminuirá la resistencia mecánica de los materiales.17, 321, 327, 328
Además, las restauraciones protésicas se encuentran en un medio húmedo que a parte de sufrir cargas, va a sufrir cambios de temperatura que suelen oscilar entre temperaturas mínimas de 0ºC y máximas de 67ºC.329 Así que, como se acaba de mencionar, los test de laboratorio deben tenerlo en cuenta para intentar reproducir en mayor medida las realidades clínicas que van a producir un envejecimiento o “ageing” del material utilizado.330 Estas pruebas son las pruebas de ciclos térmicos o termociclado y están destinadas a producir tensiones alternas en la interfaz de diferentes materiales en base a los cambios de temperatura que ocurren en la cavidad oral a diario, ocasionados por la comida, la bebida o la respiración329 y pueden llegar a producir alteraciones suficientemente significativas en la resistencia de los materiales.318, 326, 331
Las propiedades de resistencia a la flexión de los distintos materiales utilizados para estructuras y recubrimientos en prótesis fija, se suele determinar comúnmente como ya se ha mencionado, con ensayos de flexión en tres puntos siguiendo las normas ISO según material (ISO 22674: metales,332 ISO 6872: cerámicas,333 ISO 4049 y 10477: polímeros334, 335) para poder ser utilizados en la cavidad oral con cierta seguridad y soportar las fuerzas funcionales que se producen durante la masticación.
Las estructuras o núcleos de aleaciones metálicas para prótesis fija presentan una alta resistencia a la flexión y tenacidad de rotura, debido a la mayor capacidad de absorción del estrés que limita la propagación de las fisuras, por lo que se utiliza frecuentemente en rehabilitaciones de sectores posteriores. El fracaso de las restauraciones metal-‐cerámicas suele ocurrir por desprendimiento total o parcial de la cerámica de recubrimiento que presenta una menor resistencia a la fractura, quedando generalmente la estructura metálica intacta.176, 298, 336, 337 Aunque estas propiedades van a estar influidas por varios aspectos como el tipo de aleación, diseño y su procesado. La resistencia a la fractura de estructuras metálicas puede alcanzar valores tan altos como los 8.000 N.49, 298
Los materiales cerámicos, como muestran varios estudios, presentan una menor resistencia a la flexión que las restauraciones metal-‐cerámicas, aunque han ido mejorado sus propiedades mecánicas, llegando a los mismos niveles.338-‐340 Las
cerámicas actuales también poseen buenas propiedades mecánicas de resistencia a la flexión y tenacidad de rotura. La cerámica de óxido de circonio es la que presenta una mayor resistencia con valores superiores a los 1.000 N.34, 51, 310, 321, 341, 342 pero a pesar de su elevada resistencia, uno de sus problemas más importantes y frecuentes es también el desprendimiento o chipping de la cerámica de recubrimiento.185, 323, 339, 342-‐ 350 que puede estar asociado a un fallo en la unión con la estructura interna.34 Para evitar este problema común en las cerámicas, se ha comenzado a fabricar circona monolítica sin ningún tipo de recubrimiento, y de esta forma aumentar su resistencia.47, 49, 351-‐356
Por su parte, los polímeros utilizados en rehabilitaciones fijas, como el PEEK, descrito en el apartado de materiales, presenta excelentes propiedades mecánicas con valores de resistencia a la fractura muy altos, alrededor de los 1.383N-‐2.354 N.66-‐68 Las estructuras de PEEK con recubrimiento exhiben valores de resistencia a la fractura menores, a causa de un desprendimiento del mismo por algún fallo en la unión,85 al igual que en los materiales cerámicos. La unión de materiales de recubrimiento como resinas compuestas, supone un reto debido a la compleja estructura química de este polímero, que necesita de más investigaciones que permitan arrojar luz sobre el material más apropiado, así como el tratamiento de superficie más idóneo.81, 85, 86
04.
HIPÓTESIS
El incremento y desarrollo vertiginoso de tecnologías de fabricación de prótesis dentales y a su vez de materiales novedosos, supone un reto para el odontólogo a la hora de seleccionar con criterio la mejor restauración para el paciente.
Actualmente, la realización de una prótesis fija dentosoportada requiere un conocimiento de los materiales que existen en el mercado, los nuevos métodos de realización, el flujo de trabajo que se va a seguir, todo, para poder escoger el proceso que pueda aportar mayores ventajas y de esta manera poder predecir con más seguridad el éxito del tratamiento, que se sigue resumiendo, a pesar de los avances, en conseguir un buen ajuste marginal, resistencia a la fractura y buena estética.
Por todo esto, las investigaciones se centran en evaluar las propiedades y comportamientos de los materiales y tecnologías innovadoras como opciones para su uso en prótesis fija, sin embargo, no existen demasiados estudios que confirmen la bondad de los sistemas evaluados respecto al ajuste marginal y su resistencia a la fractura.
Las hipótesis nulas (H0) planteadas en el presente trabajo son las siguientes: 1. No existirán diferencias en el ajuste marginal de estructuras para prótesis
parciales fijas posteriores confeccionadas con distintos materiales y tecnologías y con respecto al tipo de diseño de la estructura (con o sin extensión).
2. No existirán diferencias en la resistencia a la fractura de estructuras para prótesis parciales fijas posteriores, independientemente del material y tecnología utilizada para su confección y el tipo de diseño de las mismas (con o sin extensión).
05.
JUSTIFICACIÓN Y OBJETIVOS
El éxito de los tratamientos odontológicos en el campo de la prótesis fija, se sustenta en poder garantizar la longevidad de los mismos, proveyendo al paciente, salud, función y estética. La evolución de cómo afrontar los distintos casos clínicos y planes de tratamiento, así como, las herramientas y adelantos de los que se dispone para solucionarlos, es continua y cada vez más rápida.
El auge y desarrollo de las nuevas tecnologías de confección CAD/CAM para la realización de prótesis, está impulsado por minimizar los errores de las técnicas convencionales y el ahorro tanto económico como en tiempo de trabajo.92, 98, 99, 112, 114, 149 En la actualidad, ya se dispone de estudios que dejan de comparar con los métodos de trabajo tradicionales y se centran en evaluar las tecnologías CAD/CAM, sustractivas y aditivas, para conocer mejor las ventajas e inconvenientes de cada proceso y poder seleccionarlos correctamente para nuestro beneficio.148, 357, 358
Esto lleva consigo el desarrollo de materiales que puedan ser utilizados con estas tecnologías. En ocasiones serán nuevos materiales, como los híbridos compuestos por resinas y cerámicas, aplicaciones novedosas en el área dental de materiales ya utilizados en el área médica, como son los polímeros de alta resistencia y la fibra de carbono y por último, la utilización de materiales ya conocidos y testados como las cerámicas y aleaciones metálicas no nobles, que se presentan con distinta composición y formato para poder ser consumidos con los nuevos avances técnicos del mercado, como por ejemplo el polvo de metal o el metal presinterizado.
En las últimas décadas, las prótesis fijas totalmente cerámicas son las que han acaparado numerosos estudios,32, 33, 185, 246, 359 no obstante, las prótesis fijas ceramometálicas siguen siendo las más utilizadas, debido a su fiabilidad y buen pronóstico a largo plazo, ampliamente probado, que ha dado lugar a que sean denominadas como “gold standard”.1, 2, 360-‐363
Debido a la reciente introducción de las nuevas tecnologías y materiales que permiten la realización de estructuras mejoradas para prótesis fija, es necesario asegurar que cumplen con los criterios que garantizan el éxito del tratamiento como son el ajuste marginal y la resistencia, sin embargo no existen muchas investigaciones
sobre las propiedades, la precisión y que además analicen el comportamiento mecánico de estas prótesis en los sectores posteriores. Existe controversia en la metodología empleada y los resultados de los contados estudios, lo que da lugar a una falta de evidencia científica para conocer que tipo de estructura puede alcanzar los mejores resultados. Por ello, es necesario seguir investigando en este campo para poder corroborar la bondad de los nuevos avances en tecnología y materiales.
En el presente trabajo de investigación in vitro se pretende analizar el comportamiento, respecto al ajuste marginal y la resistencia a la flexión de estructuras de prótesis fija de tres unidades, realizadas con los distintos materiales actualmente indicados para sectores posteriores (metal, cerámica y polímero) y con diferentes tecnologías de confección.
Se planteó, además, comparar dos tipos de diseño de estructuras de tres unidades, con póntico intermedio y con póntico en extensión, debido a la escasez de estudios que analicen en el mismo trabajo con distintos materiales y tecnologías de confección el comportamiento de prótesis fijas dentosoportadas con extensión o cantilever.
Los objetivos planteados en el presente trabajo de investigación son los siguientes:
Objetivos generales:
-‐ Analizar el ajuste marginal de los dos tipos de estructuras protésicas confeccionadas con distintos materiales y tecnologías.
-‐ Analizar la resistencia a la fractura de los dos tipos de estructuras protésicas confeccionadas con distintos materiales y tecnologías.
Objetivos específicos:
-‐ Valorar si el ajuste marginal de las distintas estructuras está dentro de los límites aceptados clínicamente.
-‐ Comparar el ajuste marginal de los diferentes materiales de confección y